电力线适配器典型应用.doc

【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流电力线适配器典型应用.精品文档.家中已有无线路由器，但由于墙体等障碍物的影响，楼上房间无线信号较弱，需要扩展网络，实现在各个房间都能稳定上网。家中已有SOHO宽带路由器，有部分房间已经布设网线，但部分房间未拉网线，需要扩展网络又不想再布设网线。使用我的e家网络服务，网络接口在书房，而IPTV在客厅；希望可以不用复杂布线即可实现IPTV及稳定点播高清电视节目。   PLC组网方案1、  由于我司电力适配器PA101，在同一个网络名下最多支持33个设备同时使用，因此在数量少于或者等于33个时，网络拓扑结构请参考： 注：电力适配器之间是通过电力线来连接。 2、假如网络需要更多的电力适配器同时使用时（大于33个），需要借助交换设备实现不同网络名下的设备相互通信，网络拓扑结构请参考：  注：电力适配器之间是通过电力线来连接。   PLC技术及应用-11. PLC简介      PLC（Power Line Communication）即电力线通信，是利用电力线调制后的载波信号传输数据的一种新的数据通信方式。与传统的有线通信方式相比，该技术不需要重新布线，使用现有的电力线作为数据传输的载体，具有极大的便捷性，因此在国外和国内部分地区得到广大的应用。      PLC系统可以运行在电力线的所有频带上，其数据传输速率取决于工作在电力线的不同频带上。高压线路在低频带（约100-200KHz）携带数据时只能承载一条或者两条模拟语音线路，相当于只有几百比特每秒的传输速率，但是传输距离可以达到几公里长。相反高的数据传输速率意味着短的传输距离，使用电力线高频段（大于1MHz）进行数据传输时传输速率可以达到以Mbit/s为单位，但是仅限于局域网中使用。由于电力线的主要目的是传输交流电，在高频带携带数据的能力是有限的，因此对PLC的最大传输能力也产生了限制。      目前PLC的应用主要分为两种：Internet接入和家用局域网。Internet接入如PDSL（Powerline Digital Subscriber Line）接入，目前已经有很多地区采用。而家用局域网则是指使用Powerline终端产品架设小规模的网络，主要应用于家庭和办公室之类，我司引进的Powerline产品即属于这种。1.1Internet 接入      使用Powerline技术的Internet接入方式又称为BPL（Broadband over Power Line），是利用PLC技术通过普通供电线路来提供Internet的接入，计算机或者其他设备只需要连接上一个插入电源插座的BPL modem（即常说的电力猫）就可以实现高速上网。BPL modem在中高频段（1.6-80MHz）进行数据传输，其接入速率可以达到256kbit/s-2.7Mbit/s。在起中继作用的电表处其速率可以达到45Mbit/s，并且可以连接最多256个BPL modem。而在变压站，接入Internet一端的速率可以达到135Mbit/s。相对于常规的DSL连接，BPL完全利用现有的基础设施，减少了偏远地区上网所需要的设备投资，而且可以更轻松地实现对家用电器的集中控制。1.2家庭局域网      PLC也可以用来构建家用计算机或者外设组成的网络，以及连接其他网络中的设备，但这种应用还没有一个完整的标准。目前有许多公司和组织在为这种电力线家庭网络制定标准的构架，其中HomePlug Powerline Alliance制定的标准应用最为普遍。家庭插电联盟(HomePlug Powerline Alliance)已经成为高速电力线通讯的一个全球性应用的标准。为了加速基于HomePlug技术的产品在世界范围内的推广，HomePlug Powerline Alliance成立了三个促进团体来制定三个关键技术领域的标准：        HomePlug 1.0 和 HomePlug AV (家庭连接，其中包括数字家庭和消费电子应用)         HomePlug BPL (家庭接入，即基于Powerline的宽带接入)         HomePlug Home Automation (家用电器指挥与控制应用)1.2.1  HomePlug 1.0      HomePlug 1.0在物理层采用正交频分复用（OFDM）作为基本传输技术，将电力系统的频带（4.5MHz到21MHz）分成84个独立的子频道，同时沿着多个子频道发送数据包，从而提高数据传输的速度和可靠性。其媒体访问控制使用的是载波侦听多路访问/碰撞避免（CSMA/CA）协议，即要求需要传输帧的节点首先侦听信道，以确定是否有其他节点正在进行传输（载波侦听）。      Homeplug1.0定义了4种优先级，并针对不同的优先级制定了优先级处理位（PRS），根据PRS来决定媒介的使用权，使网络中得流量严格按照优先级来进行传输。1.2.2HomePlug AV      随着时间的推移，HomePlug1.0其技术上的落后越来越明显。首先是传输速率的瓶颈，HomePlug 1.0的理论传输速率仅有14Mbps，实际传输速率只能达到6Mbps，与无线中802.11b产品的速率相当，与802.11g产品相差甚远。这样的速率远远不能满足现代应用的要求。其次，安全性较差，HomePlug1.0采用的是56bit DES加密，由于DES算法公开而且位数较少，破解难度并不是很大，因此有私人信息被窃用的可能。总结了HomePlug1.0的缺点之后，HomePlug Powerline Alliance于2005年12月发布了HomePlug的新标准?HomePlug AV。      Homeplug AV（HPAV）的目标是在现有的交流线路上提供高质量、多流量、面向娱乐的网络。HPAV可以在嘈杂的电力线路上为视频、音频、和数据提供高达200Mbps的数据传输率。Homeplug AV规定物理层工作在2-28MHz的频率上，并将其分成1155个频道，从而提供200Mbps的物理信道速率和150Mbps的信息速率。而MAC层同时采用了TDMA（时分多址）和基于交流电线路同步CSMA来接入电力线路，从而更加高效。TDMA接入提供了带宽预留、高可靠性以及严格控制延迟和抖动，从而保证了数据传输的质量。CSMA接入则提供了4种优先级，而与交流电线路同步提供了针对与普通线路同步时产生的噪音的高适应能力。      Homeplug AV还提供了与新的网络标准相配合的先进功能，高级网络管理功能和设置既支持用户即插即用也支持服务商的安装和配置。Homeplug AV提供基于128位的AES加密，在不同的用户接入加密网络时可以自动进行密钥的更改，从而允许一个节点可以加入多个网络。      HomePlug AV允许与HomePlug 1.0标准的设备共存和互相协作，在HomePlug AV的规范中明确要求可以共存，但相互协作的功能是可选的。共存是指HomePlug AV设备可以与HomePlug 1.0设备可以公用同一通信媒介进行低水平的通信，但是不需要具有相互之间进行数据传输的能力。而可选的相互协作是指两个标准的设备之间能够进行正常的数据通信。1.2.3HomePlug Access BPL      Broadband Power Line（BPL）指的是家庭宽带接入技术，而HomePlug Access BPL则是HomePlug 联盟为了解决宽带网络最后一公里接入而提出的标准。目前HomePlug联盟仅仅成立了一个HomePlug Access BPL工作小组，并在2005年6月推出了关于HomePlug Access BPL的市场需求报告，并没有实际的标准被制定。但是HomePlug联盟正在积极与公众和ISP间进行沟通，并已提供ISP加入HomePlug联盟的优惠政策。1.2.4HomePlug Command &Control      高速家庭区域网络（Home Area Networks）在应用上会受到距离和噪声干扰的影响，为了解决线路干扰并提高可靠性，HomePlug联盟制定了HomePlug Command & Control（HomePlug C&C）规范。HomePlug C&C v1.0规范为住宅和工业应用建立了一个低带宽、低消耗、高可靠性的PLC应用标准，其作用是与当前存在的HomePlug 1.0、HomePlug AV及BPL互补，通过HomePlug C&C协议栈在网络层和主机层为不同厂商生产的不同设备提供协同工作的能力以及高级服务和功能，并保证HomePlug C&C设备的简易设计和安装。   PLC技术及应用-22. Powerline产品介绍      PLC产品利用电力线传输数据，一端接常规电力插座，另一端通过RJ45以太网线接入SOHO网络设备，是一种安全而成熟的家用(SOHO)网络设备。2.1  Powerline产品特点      高速数据传输：HomePlug AV标准具备200M的理论传输速率，已经远高于无线11g标准，实际传输速率接近了100M以太网的极限速度。      安装简易方便：常规的网络产品需要通过线缆做数据传输，如果终端（PC，laptop等）相隔较远，则需要用较长的网线连接，如果隔着墙，可能还需要破坏现有的建筑（如钻孔等）。PLC产品可以完全克服这种缺点，通过现成的电力线传输数据，而且插头式设计即插即用，插上电力线插座，连上电脑即可使用。      强大的加密设置：56-bit DES/128-bit AES 加密设置，保护家庭网络不受侵入。      低功耗：通过芯片和电路设计降低整个产品的功耗及发热量。      QoS：QoS即Quality of Service, PLC产品通过QoS保证实时资料或影像传输，可以满足用户对于语音，视频，低延时网络游戏，实时数据传输等各种要求。支持IPTV，VoIP等视频语音应用。2.2  Powerline产品适用环境       家庭环境组网       老旧，不想因为布线而破坏室内结构的建筑物       图书馆，医院，办公室       Wi-Fi覆盖难以达到的地方，使用PLC产品作为其补充应用示意图： 如图所示，在一个家庭环境中如果要将网络分布到各个房间，传统条件下进行复杂的布线是不可避免的，因为仅靠无线是不可能穿透多堵墙壁，覆盖到所有的区域。但是采用Powerline产品就完全不一样了，电路系统在建筑房屋的时候就已经分布到了建筑的各个角落，仅仅需要在接入Internet的路由器后面再连接一个Powerline产品，就可以通过电力线路将网络覆盖到整栋建筑，实现文件和Internet共享。2.3  Powerline与有线、Wi-Fi的对比      200Mbps的Powerline产品在速率上已经接近传统有线的传输速率，相对11g的无线产品速率有较大的优势，与11N产品差距也不大。在稳定性和传输距离方面与无线相比有过之而无不及，在数据保密性方面也是不相上下。而Powerline相对有线和Wi-Fi最大的优势是灵活方便，轻松覆盖房间死角，无论作为主要数据传输手段还是后者的补充都是不错的选择。Powerline有线Wi-Fi85Mbps, 200Mbps折合实际速率约30Mbps，70Mbps100Mbps折合实际速率约80Mbps54Mbps, 108Mbps折合实际速率约22Mbps，50Mbps会受大功率电器干扰基本无干扰易受噪音干扰，速率不太稳定使用现成的电力线做数据媒介，无需考虑布线使用以太网线做数据媒介，需考虑布线无线信号传输，无需考虑布线最多覆盖电力线距离达200米的区域以太网线覆盖距离低于100米覆盖距离有限，信号难以穿透金属，钢筋混凝土等，受障碍影响严重，有难以覆盖的信号死角56-bit DES及128-bitAES加密无加密WEP，WPA/WPA2加密2.4  Powerline产品分类      PLC产品中最基本的是Powerline Adapter，特征是1个以太网口，即仅能接一台电脑或者一台网络终端；更复杂PLC产品在Adapter基础上集成了更多的硬件和功能，如Powerline Router，Powerline Switch，Wireless Powerline Adapter， Wireless Powerline Extender， Wireless Powerline Router等。      如果按照速率或者HomePlug Powerline Alliance设定的标准来进行分类，则可以分为14Mbps，85Mbps和200Mbps三种产品。2.5  我司Powerline产品      我司目前有TL-PA101和TL-PA201两款产品，其中TL-PA101为85Mbps产品，采用的是HomePlug  Turbo标准，这是Intellon自主开发的非官方标准；TL-PA201为200Mbps产品，采用的是HomePlug AV标准。TL-PA101与TL-PA201均采用了Intellon的处理芯片，两个产品除了因为采用不同的标准而导致的速率和功能上的差别外，TL-PA201还支持IGMP多播管理，并且在产品的外观上也存在区别。TL-PA101存在3个LED指示灯，其中Power为电源指示灯，常亮代表已经通电；Powerline指示灯常亮表示发现远端PLC设备，闪烁表示Powerline端口有数据传输；Ethernet指示灯常亮表示网线已经插上，闪烁表示Ethernet端口有数据传输。TL-PA201除了以上3个指示灯外，在设备右侧还有一个Reset按键和一个Pair按钮。 典型应用示例图： TL-PA101与TL-PA201均支持即插即用，如上图所示，只要将两个PLC产品插入家庭中的电源插座，并在产品Ethernet端口连接终端设备或者网络接入设备，一个网络连接便成功建立，无需任何设置。对于TL-PA101，如果要进行如加密等高级设置则必须通过Utility设置，而对于TL-PA201，则可以通过Pair键来完成建立、断开连接等部分高级设置。      当将两个TL-PA201插入插座后连接即建立，此时如果按住其中一个设备的Pair按钮3-8秒，其Power灯开始闪烁，然后在120秒内再按住另外一个设备的Pair按钮3-8秒至Power灯闪烁，松开后60秒内这两个TL-PA201的Power灯会停止闪烁并建立128-bit的AES加密连接。如果要断开连接，只需将其中一个设备的Pair按钮按住10秒不放，直到Power灯熄灭后连接便已经断开。      如果要在已经建立好的加密连接中添加新的设备，则需要先按住新设备的Pair按钮10秒以上至Power灯熄灭，松开后Power灯会开始闪烁，此时按住已经建立好连接的一个设备的Pair按钮3-8秒，并在120秒内在新设备上重复相同的操作，60秒过后新设备将加入加密网络。TL-PA201上的Reset键用来清除设备中的设置，复位方法是断开Ethernet一端的连接，按住Reset键2秒左右，松开后Power灯开始闪烁，设备被恢复出厂设置。在复位过程中不要将TL-PA201从插座中拔出，否则可能损坏设备。   PLC与三相电1、常用电力系统主要有单相二线和三相四线;单相二线主要用于家庭用电，提供的电压为220V；三相四线主要用于工业用电，提供的电压为380V，如下图所示： 2、在单相二线电路中，我司PLC产品的使用方法为：   3、三相四线下与我司PLC产品的使用方法，注我司PLC产品不能直接用在380V电压下面，380V电压经过配电间以后分离出3对220V的电压，使用方法如图所示： 三相四线电环境下使用PLC产品的注意以下几点：1、不同相对电压上的PLC设备彼此之间进行通信时，信号可能会受到一定的影响。2、假如不同相对之间不能通信，可以采用以下解决方法，如下图所示：注：以上解决方案可能存在环路。针对以上方案会出现环路的问题，可以设置同一相电上面的所有PLC为同一个网络名，不同相电上面的PLC网络名不一样，如图所示：